油爐法炭黑尾氣循環(huán)節(jié)能專利技術(shù)綜述

摘 要：文章介紹了油爐法炭黑生產(chǎn)的技術(shù)背景，從專利角度闡述了炭黑尾氣循環(huán)，燃燒節(jié)能方面的技術(shù)發(fā)展路線，重點介紹空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器的技術(shù)發(fā)展歷程，以期指導技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：炭黑尾氣；節(jié)能；空氣預(yù)熱器；油預(yù)熱器

1 背景

炭黑的生產(chǎn)主要有槽法、爐法（氣爐法和油爐法）和熱解法。槽法、氣爐法和熱解法都是主要以天然氣為原料，隨著天然氣用途越來越廣泛，價格上漲，造成用這些方法制造炭黑成本太高，所以這些方法基本已不大規(guī)模使用[1]。油爐法是以氣態(tài)、液態(tài)烴或氣態(tài)與液態(tài)烴混合物為原料進行生產(chǎn)炭黑，在現(xiàn)代炭黑工業(yè)中，油爐法炭黑的產(chǎn)量已經(jīng)占總產(chǎn)量的95%以上，因此油爐法是當今應(yīng)用最為廣泛的炭黑生產(chǎn)工藝。油爐法炭黑生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示[2-3]。

油爐法炭黑生產(chǎn)工藝可分為原料處理和輸送裝置、燃燒及反應(yīng)裝置、冷卻和換熱裝置以及收集輸送裝置。目前炭黑產(chǎn)品正在向節(jié)能環(huán)保、多功能以及專用方向發(fā)展，新工藝的改進也主要是圍繞以下三個方面：反應(yīng)爐和反應(yīng)工藝的改進，生產(chǎn)過程中尾氣顯熱和化學熱的利用，炭黑濾袋和收集系統(tǒng)的改進[4]。文章主要對生產(chǎn)過程中尾氣顯熱的專利進行分析，以期對相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提供參考。

2 炭黑尾氣循環(huán)主要專利介紹

炭黑尾氣循環(huán)利用的節(jié)能主要表現(xiàn)在充分利用尾氣中的尾氣顯熱，其主要表現(xiàn)在空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器這兩方面。文章對相關(guān)技術(shù)發(fā)展進行總結(jié)。

2.1 空氣預(yù)熱器

參與燃燒的空氣溫度是重要的工藝參數(shù)，它可以增加燃燒熱，降低油耗，空氣預(yù)熱溫度每提高100℃，就可降低總能耗1.95%，因此提高空氣預(yù)熱溫度是炭黑生產(chǎn)的重要節(jié)能措施。早在1975年SCHACK就公開（US3586098A）了一種將入爐空氣預(yù)熱到310℃的空氣預(yù)熱器，同時減少冷卻水的用量；1980年飛利浦石油公司開發(fā)了（US4351818A）空氣預(yù)熱器，采用急冷水預(yù)熱空氣；為了在不需要高壓及施加壓力的情況下制造低灰份導電炭黑，Bera公司公開了（EP0209800A2）制造低灰份導電炭黑的方法，液體燃料和含氧氣體在反應(yīng)器里的留置時間至少約10秒，炭黑在反應(yīng)器里形成后，間接和逐步地冷卻反應(yīng)；在此后的時間內(nèi)，空氣預(yù)熱的溫度被不斷的提高，例如SANDVIK公司公開了（EP1825206A1）采用列管式結(jié)構(gòu)，通過懸掛單元和加長管道，以及設(shè)置在管道兩端的煙氣入口和煙氣收集出口腔，將空氣預(yù)熱溫度提高到800℃；另外，當空氣預(yù)熱溫度達到一定的水平后，面臨的另一個問題是空氣預(yù)熱器不變通徑管束容易積垢，降低患熱效率，青島德固特機械制造有限公司（CN20126252

6Y）提出一種變通徑管束空氣預(yù)熱器，管束的每一根管子是由不同內(nèi)徑尺寸的鋼管由大而小焊接而成，能夠變通徑管束空氣預(yù)熱器既保證煙氣在管束內(nèi)的正常流通，又能減緩管子積垢和堵塞；寧波德泰化學有限公司公開了一種（CN201412864A）脈沖式注水的方法，在換熱管的下方設(shè)置進水口，進水口連接脈沖式?jīng)_水裝置，在炭黑煙氣進入空氣預(yù)熱器的下方進行脈沖式注水，從而使炭黑煙氣里的炭黑粉末不能在換熱管內(nèi)壁產(chǎn)生附著層，保持換熱管良好的換熱效果；當空氣預(yù)熱達到800℃以上時，對空氣預(yù)熱器材料的要求越來越高，為了克服現(xiàn)有空氣預(yù)熱器由于底部殼體高溫耐氧化材料用量大造成產(chǎn)品成本高的問題，青島德固特機械制造有限公司公開了三種相關(guān)技術(shù)，其一是（CN201218517Y）改進的高溫空氣預(yù)熱器，把原單鋼板的底部殼體改為外層鋼板和內(nèi)層鋼板，并在兩層鋼板中間夾上隔熱保溫材料；其二是（CN103591604）將熱風出口設(shè)在中部，可使預(yù)熱器殼體下端和換熱管下端降低工作溫度；其三是（CN103994461A）一種倒置的高溫空氣預(yù)熱器，將換熱段高溫區(qū)從下部移到了上部。如圖2所示。

2.2 油預(yù)熱器

炭黑生產(chǎn)中油預(yù)熱器的作用是加熱原料油和燃料油，原料油和燃料油的溫度升高后粘性和表面張力降低，有利于提高霧化程度，縮短反應(yīng)時間，提高原料油到炭黑的轉(zhuǎn)化率。飛利浦1972年公開了（US3877876A）采用炭黑煙氣加熱反應(yīng)用油，提高生產(chǎn)效率；當空氣預(yù)熱器的技術(shù)達到一定高度后，一般會在其后接油預(yù)熱器，從反應(yīng)爐里排出的高溫煙氣經(jīng)空氣預(yù)熱后，溫度降為500～550℃進入油預(yù)熱器，對反應(yīng)用油進行預(yù)熱，例如Bera公司（EP0209800A2）在公開空氣預(yù)熱器的同時對油預(yù)熱器進行改進，能夠有效控制預(yù)熱的速度；一般油預(yù)熱器都是蛇形管預(yù)熱裝置，為了節(jié)省空氣預(yù)熱器的煙氣管道材料，避免煙氣流經(jīng)的管道易堵塞易積垢結(jié)露和腐蝕，寧波德泰化學公開了（CN201400651A）用于炭黑生產(chǎn)的油和空氣聯(lián)合預(yù)熱器，將油預(yù)熱器緊挨殼體內(nèi)的煙氣道兼為空氣預(yù)熱器內(nèi)的煙氣道，如圖3a；為了增強換熱效果，減少炭黑粉塵在換熱器內(nèi)的沉積，江西黑貓?zhí)亢冢–N201867098）采用筒體內(nèi)壁均勻布有一圈換熱列管，筒體的側(cè)壁端部開有煙氣出口，煙氣出口的彎頭上開有檢查孔以達到上述效果；上海焦化化工公開（CN201883058A）：設(shè)計火房煙道，利用火房煙道內(nèi)煙氣的余熱對原料油進行預(yù)熱，提高流入汽化箱的原料油油溫，減小原料油油溫與汽化箱環(huán)境溫度之間的溫差；ENGELHARDT（WO9522037A1）改進蛇形彎管的進口和出口，提高換熱效率；為了提高燃料的預(yù)熱效率，山東奧隆公開了（CN203704727）高溫炭黑原料油預(yù)熱裝置，通過多級油預(yù)熱器循環(huán)利用高溫煙氣來預(yù)熱炭黑原料油如圖3b；埃德默斯頓公司（EP96941280A）采用雙層爐壁的管式熱交換器。

3 結(jié)束語

文章針對炭黑尾氣循環(huán)，燃燒節(jié)能角度對現(xiàn)有專利進行了分析，對重要技術(shù)分支空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器的相關(guān)技術(shù)發(fā)展進行總結(jié)，對了解相關(guān)領(lǐng)域的專利發(fā)展狀況和趨勢有一定的借鑒意義。

參考文獻

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